一．选题意义
调频电路是使受调波的瞬时频率随调制信号而变化的电路。调频器分为直接调频和间接调频两类。直接调频是用调制信号直接控制自激振荡器的电路参数或工作状态，使其振荡频率受到调制，变容二极管调频、电抗管调频和张弛调频振荡器等属于这一类。在微波波段常用速调管作为调频器件。间接调频是用积分电路对调制信号积分，使其输出幅度与调制角频率成反比，再对调相器进行调相，这时调相器的输出就是所需的调频信号。间接调频的优点是载波频率比较稳定，但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。调频器广泛用于调频广播、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等电子设备。调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。调频电台的频带通常大约是200～250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30～8000Hz的范围内。在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。
许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。因此，对于调频电路的研究、设计，具有重大的意义。此次的课程设计要求设计出具有一定实用价值的调频器，以实现对音频信号的频率调制，具有一定的现实意义。
二．总体方案
1.主要技术指标：
(1)中心频率为18.5MHz,频率不稳定度(包括不准确度)为±350KHz。
(2)输入音频信号为100Mv（有效值）时，输出信号幅度大于300mV（空载）。 (3)输入音频信号为100Mv（有效值）时，产生频偏±50KHz。
(4)调频器的输入电阻为75＆。
2．方案确定
根据上述要求，可见所设计的调频器由三部分构成：音频放大器、调频级和缓冲级。
音频放大器的作用是将送来的音频信号放大后，去对调频振荡器进行频率调制，即：使振荡器的振荡频率按照音频信号的变化规律而变化，音频放大器的放大倍数要根据调频器的频偏而设定。因此，音频放大器可采用一般的共射极放大电路。
调频级是调频器的核心，其作用是使等幅振荡变成频率按调制信号变化的调频振荡。调频级的关键是产生一个频率为18.5MHz的振荡信号。因此，调频级可采用变容二极管直接调频振荡器。振荡电路采用高稳定度的LC改进型三点式电路。采用变容二极管直接调频的原因是为了获得较大的频偏。另外，变容二极管直接调频电路的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案
缓冲级的作用是将振荡级与输出隔离开来，避免输出部分对振荡级的影响，并做到与后面的放大级良好的连接起来，故缓冲级可以采用共射放大器和一级射极跟随器组成。放大器既可以作为隔离级，又可以使振荡级与后级的耦合减弱一些，有利于提高频率稳定度和减小后级对振荡器的影响。
三．电路工作原理
调频器由三部分构成：音频放大器、调频级和缓冲级。
音频放大器由共射极放大电路构成，这是一种利用负反馈技术稳定静态工作点的电路。与固定偏置共射放大电路相比，电路中增加了发射极电阻R4’和R4”、发射极旁路电容C20。该负反馈为电流串联负反馈，它只对直流分量起作用，对交流分量没有负反馈作用，它属于直流反馈，只影响放大电路的静态，而不直接影响放大电路的动态性能指标。共射极放大电路具有电压和电流放大能力，Uo和Ui反相。
调频级采用的是变容管直接调频技术。直接调频是用调制信号电压直接去控制振荡器的振荡频率，直接调频的稳定性较差，但得到的频偏较大，线路简单，故应用较广。
其调频电路图变容管的直流电压Uq从R6和W2上获得。调制信号通过C2、L1馈入，L1是高频扼流圈。变容管作为可控电抗元件接入LC振荡回路中，变容管的结电容Cj与C3、C4、C5、C7、C8共同构成回路的电容。变容管两端的电压包括静态电压Ud和调制电压ū。电压的正确馈入是保证二极管正常工作的必要前提。
变容管调频电路是根据似稳态理论建立的一种直接调频电路，是一个正弦振荡器电路，只不过它的工作频率受调制电压的控制。为了减小非线性失真，调制度应小于1，因此这种电路适用于产生宽带调频信号。
振荡电路采用高稳定度的LC改进型三点式电路。晶体管各端之间的接入系数均小于1，所以晶体管寄生参量对选频回路的影响大大减小，因此振荡器工作频率的稳定性基本由选频回路本身的稳定性决定而与晶体管参量的关系甚小。在保证变容管正常工作的前提下，改变C3和C4可改变振荡器的工作频率，而C5不变，接入系数不变，从而振荡器的工作频率范围展宽，稳定性也得以提高。
缓冲级由共射放大器和一级射极跟随器组成。共射极放大电路同音频放大器类似。射极跟随器即共集电极放大电路，这种电路把输入信号接在基极和公共端“地”之间，又从发射极与“地”之间输出信号。射极跟随器具有高的输入电阻
和低的输出电阻，因此可以在高内阻信号源与低阻抗负载之间起缓冲作用，在多级放大电路中作输入级和输出级。射极跟随器的特点是电压放大倍数小于1，但接近于1，没有电压放大能力；Uo与Ui同相；具有电流放大能力和功率放大能力。
三、电路设计及计算
3.1 音频放大器设计及计算
音频放大器由共射放大电路构成，电路如下图一所示：
图一
已知：三极管选用硅管3DG6(B=80)，
放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=0.8mA（ Ic选小 是为了减小噪声）， Ube=0.7V, W1=10K＆，Ri=75﹠, Ub=3～5V, I1=(5～10)Ib。 求解：Ib=Ic/B=0.8mA/80=0.01mA 取I1=8Ib=8×0.01mA=0.08mA 取Ub=4V
∴ R2=Ub/I1=4V/0.08mA=50K＆ 取标称值R2=51K＆ ∴ R1=（Vcc-Ub）/I1=(12V-4V)/0.08mA=100 K＆ Ue=Ub-Ube=4V-0.7V=3.3V ∴ R4’+R4”=Ue/Ie=Ue/Ic=3.3V/0.8mA=4.125K＆ ∵R4’＜＜R4” ∴可取R4’=200＆ 则R4”=3.9K＆
R3=(Vcc-Ue-Uce)/Ic=(12V-4V-4V)/0.8mA=5.875K＆ 取标称值R3=5.6K＆ Rbe=Rbb+26(1+B)/Ic=300＆+81×26/0.8=2.83K＆ Ri’=[Rbe+(1+B)R4’]∥R1∥R2=12K＆ Ri= Ri’∥R23=75＆ ∴R23=75＆ 放大倍数Au=-BR3/[Rbe+(1+B)R4’]=-23 电容：
C1、C2为耦合电容，故可取10uF； C20为低频旁路电容，故可取10uF
音频放大器的电阻、电容值如下：
电阻值：R1=100 K＆ R2=51K＆ R3=5.6K＆ R4’=200＆ R4”=3.9K＆ R23=75＆ W1=10 K＆
电容值：C1=10uF C2=10uF C20=10uF
3.2 调频级设计及计算 调频电路如下图二所示：
图二
振荡部分是一个共基极电路，基极通过C6、C15接地，是改进型高稳定度LC电容三点式振荡器。振荡器的频率由L2、C3、C4、C5、C7、C8和变容管决定，C4很小，对频率的影响较大。
已知：三极管选用硅管3DG6(B=80)，
放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=3mA，Ube=0.7V,
W2=15K＆，W3=68 K＆, Ub=3～5V, I2=(5～10)Ib, L2=1uH, R11=10＆ 当Uq=4V时，Cj=20pF
振荡器的中心频率为18.5MHz。
W2电位器的阻值从小到大改变时，Uq的变化范围为2～10V。 电容C4很小，为几pF，C5 << C7、C8
求解：Ib=Ic/B=3mA/80=0.0375mA 取I2=8Ib=8×0.0375mA=0.3mA 取Ub=4V
∴ R9=Ub/I2=4V/0.3mA=13.3K＆ 取标称值R9=13K＆ ∴Ue=Ub-Ube=4V-0.7V=3.3V
∴R11+R12=Ue/Ie=Ue/Ic=3.3V/3mA=1.1 K＆ ∴R12=1.09 K＆ 取标称值R12=1.1K＆
R10=（Vcc-Uce-Ue）/Ic=(12V-4V-3.3V)/3mA=1.56 K＆ 取标称值R10=1.5K＆
R8+W3=(Vcc-Ub)/I2=(12V-4V)/0.3mA=26.6 K＆ 可取R8=10K＆ 变容管直流偏置电路如右所示：
∵W2电位器的阻值从小到大改变时，Uq的变化范围为2～10V。 ∴ 12×R6/（R6+R7+W2）=2 12×（R6+W2）/（R6+R7+W2）=10
解得：R6=3.75K＆ 取标称值R6=3.6K＆ R7=3K＆
∵ R5 >> R6、R7 故可取R5=330K＆ 电容：
该电路的反馈系数F=C7/(C7+C8) ∵反馈系数F=1/3～1/8 故可取 C7=300 pF C8=680 pF ∵f0=1/2∏(L2+C)?18.5MHz L2=1uH ∴C=74pF
又∵C=（Cj+C4）串C3+C5串C7串C8 而C5 << C7、C8 故可取C5=51pF 电容C4很小，为几pF，故可取C4=5.1 pF ∴C3=280 pF 取标称值C3=270 pF
调频级的电阻、电容值如下：
电阻值：R6=3.6K＆ R7=3K＆ R8=10K＆ R9=13K＆ R10=1.5K＆ R11=10＆ R12=1.1K＆ W2=15 K＆ W3=68 K＆ 电容值：C3=270 pF C4=5.1 pF C5=51pF C6=0.01uF C7=300 pF C8=680 pF
3.3 缓冲级设计及计算
缓冲级由隔离放大级和射级输出器构成，其中，隔离放大级的功能由一个共射放大器来完成；射级输出器的功能由共集电路（射级跟随器）来完成。其电路图分别如下：
图A为隔离放大级 见相册“高频课程设计论文-调频器的设计与制作-图”图15
已知：三极管选用硅管3DG6(B=80)，
放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=3mA，Ube=0.7V, W2=15K＆，Ub=3～5V, I3=(5～10)Ib。 求解：∵Ub=3～5V 故可取Ub=4V ∴Ue=Ub-Ube=4V-0.7V=3.3V R16=Ue/Ie=Ue/Ic=3.3V/3mA=1.1 K＆
R15=（Vcc-Uce-Ue）/Ic=(12V-4V-3.3V)/3mA=1.56 K＆ 取标称值R15=1.5K＆
Ib=Ic/B=3mA/80=0.0375mA 取I3=8Ib=8×0.0375mA=0.3mA ∴ R14=Ub/I3=4V/0.3mA=13.3K＆ 取标称值R14=13K＆ R13=(Vcc-Ub)/I3=(12V-4V)/0.3mA=26.6 K＆ 取标称值R13=27K＆ 电容：
C21为耦合电容，故可取30pF C10为旁路电容，故可取0.01uF 图B为射级输出器
已知：三极管选用硅管3DG6(B=80)，
放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=9mA，Ube=0.7V, W4=470＆，I4=(5～10)Ib。 求解：Ue=Vcc-Uce=12V-4V=8V ∴R19= Ue/Ie=Ue/Ic=8V/9mA=888＆ 取标称值R19=820＆ Ub=Ue+Ube=8V+0.7V=8.7V
Ib=Ic/B=9mA/80=0.12mA 取I4=8Ib=8×0.12mA=0.9mA ∴R18=Ub/I4=8.7V/0.9mA=9.6 K＆ 取标称值R18=10K＆
∴R17=(Vcc-Ub)/I4=(12V-8.7V)/0.9mA=3.67 K＆ 取标称值R17=3.6K＆ 电容：
C9、C11为耦合电容，故均可取0.01uF
缓冲级的电阻、电容值如下：
电阻值：R13=27K＆ R14=13K＆ R15=1.5K＆ R16=1.1 K＆ R17=3.6K＆ R18=10K＆ R19=820＆ W4=470 ＆
电容值：C9=0.01uF C10=0.01uF C11=0.01uF C21=30pF
四、调试及测量过程 4.1 静态调试及测量 4.1.1 音频放大器
给电路通上12V电源后，用万用表测量三极管的静态工作点，数据如下： Ube ( V ) 0.7 Uce ( V ) 4.38 Uc ( V ) 3.52 Ic=Uc/R3 (mA) 0.628
可见：Ic与要求的0.8mA比较，相对偏小，因此需要适当的改变相应的电阻值。 因为（R3+R4’+R4”）Ic+Uce=12V，由于集电极偏置电阻R3较大，故使得Ic偏小，所以要减小R3，使Ic满足要求，故可取R3=5.1K＆ 更换R3后，通上电源，重新测量其静态工作点，数据如下：
Ube ( V ) 0.70 Uce ( V ) 4.60 Uc ( V ) 3.80 Ic=Uc/R3 (mA) 0.745
可见：更换电阻后的电路静态工作点满足要求。 4.1.2 调频级
一、电路的静态工作点
给电路通上12V电源后，用万用表测量三极管的静态工作点，数据如下： Ube ( V ) 0.72 Uce ( V ) 3.87 Uc ( V ) 3.82 Ic=Uc/R10 (mA) 2.547
可见：Ic与要求的3mA比较，相对偏小，因此需要适当的改变相应的电阻值。 因为基极上偏置电阻为R8和W3串联，故可以调节电位器W3，使Uce=4V，再测量其静态工作点，数据如下： Ube ( V ) 0.72 Uce ( V ) 4.00 Uc ( V ) 4.30 Ic=Uc/R10 (mA) 2.867
可见：调节电位器后，该电路的静态工作点满足要求。
二、变容管直流偏压调测
调节电位器W1，使变容管两端的直流电压在2V～10V范围内变化。 实际变化范围是：1.60V～9.00V
调节电位器W1，使变容管两端的电压为4V，为下面的调试做好准备。
4.1.3 缓冲级 一、隔离放大级
给电路通上12V电源后，用万用表测量三极管的静态工作点，数据如下： Ube ( V ) 0.73 Uce ( V ) 5.00 Uc ( V ) 3.40 Ic=Uc/R15 (mA) 3.091
可见：Uce较大，因此需要适当的改变相应的电阻值。
因为（R15+R16）Ic+Uce=12V，故可以适当的增大R15、减小R16的值，以减小Uce，故可取R15=1.5K＆，R16=820＆。
更换R15、R16后，通上电源，重新测量其静态工作点，数据如下： Ube ( V ) 0.74 Uce ( V ) 4.50 Uc ( V ) 4.50 Ic=Uc/R15 (mA) 3.000
可见：更换电阻后的电路静态工作点满足要求。
二、射极输出器
给电路通上12V电源后，用万用表测量三极管的静态工作点，数据如下： Ube ( V ) 0.76 Uce ( V ) 4.20 Uc ( V ) 7.20 Ic=Uc/R15 (mA) 8.780
可见：该电路的静态工作点满足要求。
4.2 动态调试及测量 4.2.1 振荡电路的调测 一、振荡频率的调试
给电路通上12V电源后，用万用表测量变容管两端电压，确保其为4V调节电位器W2，确保其为4V。
按下图将调频器与测试仪器相连，测量振荡电路的振荡频率。
根据数字频率计的示数，得振荡频率为17.432MHz
可见：该振荡频率偏小，因此必须改变相应的电容值。 因为f0=1/2∏(L2+C)?18.5MHz ∴C=74pF ∵f0偏小 ∴要减小C的值
又∵C=（Cj+C4）串C3+C5串C7串C8
故可减小C3和C5的电容值，故可取C3=47pF C5=100pF 更换电容C3、C5后，再按上述方法测量振荡频率。
根据数字频率计的示数，得振荡频率为18.26MHz，满足设计的要求。
二、振荡幅度的测量
用信号发生器产生有效值为100mV，频率为1KHz的低频信号，通过信号线，将信号输入到调频器的输入端，将输入端接到示波器上，其测试方框图如下所示：
通过示波器的输出波形，读出此时不失真的振荡输出最大电压峰峰值为900mV，即有效值为318.2mV，满足输出电压的有效值大于300mV的要求。 若输出电压偏小，可以通过调节电位器W4来使输出电压满足要求。
4.2.2 静态调制特性的调测
静态调制特性是指振荡频率f0随变容管直流偏置电压Uq而变化的关系。为了获得线性调频，Uq 通常选择在静态调制特性曲线较直部分的中点。测试数据如下： Uq ( V ) 1.6 2 2.5 3 3.5 4 5 6 7 8 9 f0(MHz) 17.52 17.64 17.77 17.90 18.07 18.26 18.43 18.59 18.73 18.93 19.02 其静态调制特性曲线如下：
4.2.3 动态调制特性的调测 一、频偏的调测
当输入有效值为100mV，频率为1KHz的低频信号时，用调制度测试仪测试输出调频信号的频偏应为±50KHz,频偏测量的框图如下：
注意：
调制度测试仪的频率输入应选用的量程为：2.5MHz～30MHz 测得频偏值为：+51KHz,-50KHz
若频偏的测量值不满足要求，那么可以适当的调节电位器W1
二、动态调制特性曲线测量
当变容管的偏压保持固定不变时，振荡器的频率f0随调制信号幅度ū变化的关系称为动态调制特性。测试数据如下： ū（mV）峰峰值 0 ū（mV）有效值 0 △ f (KHz) 120 150 200 300 400 500 600 700 800 42.4 53.1 70.7 106.1 141.4 176.8 212.1 247.5 282.8 25 24 35 35 55 54 74 72 97 92 110 105 135 128 150 140 上 0 22 下 0 21 其动态调制特性曲线如下：
五、心得体会及建议
首先是电路的设计过程。一开始有点害怕，以为调频器很难，设计比较烦琐，有静态工作点的要求，各电阻、电容值的设计，还有频偏的要求，看起来十分复杂。后来在老师的指导下，才了解到先要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电容的值，然后领齐各元器件，把板子焊好，要注意电阻的阻值、电解电容的正负极、变容管的正负极、电位器的三个引脚等。
其次是静态调试。板子焊好以后，对板子通上12V电源，进行静态测试。当然板子的各静态参数不可能一开始就符合要求，这就需要仔细认真的分析，耐心的更换电阻，直至满足要求。
第三是振荡频率。接上12V电源后，将输出接至频率计，读出频率。当频率偏小时，可以将C3、C4都适当的减小；当频率偏大时，可以C3、C4都适当的增大。
第四是输出信号的幅度。在输入端加上100mV的信号，输出信号若小于300mV,可以适当的调节电位器W4（470＆）。
第五是输出的频偏。若频偏不等于50KHz，可以适当的调节电位器W1（10K＆）。
总之，调频器的设计与制作让我进一步巩固了模拟电路和通信电子线路的有关知识，掌握了有关电路的设计方法、电路参数的测试方法等。这是一次理论联系实际的课程设计，既让我掌握了理论知识，又锻炼了动手能力。
经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于一些专业基础课有了更深层次的掌握，并且提高了动手能力和独立解决问题的能力。同时，在无形之中，也增进了与同学的友谊和默契。
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